0.1 Năng lượng mặt trời

Phần năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới bề mặt trái đất trong những ngày quang đãng (không có mây) ở thời điểm cao nhất vào khoảng 1000W/m2 hình 2.3.

Yếu tố cơ bản xác định cường độ của bức xạ mặt trời ở một điểm nào đó trên trái đất là quãng đường nó đi qua. Sự mất mát năng lượng trên quãng đường đó gắn liền với sự tán xạ, hấp thụ bức xạ và phụ thuộc vào thời gian trong ngày, mùa, vị trí địa lý. Các mùa hình thành là do sự nghiêng của trục trái đất đối với mặt phẳng quỹ đạo của nó quanh mặt trời gây ra. Góc nghiêng vào khoảng 66,5o và thực tế xem như không đổi trong không gian. Sự định hướng như vậy của trục quay trái đất trong chuyển động của nó đối với mặt trời gây ra những sự dao động quan trọng về độ dài ngày và đêm trong năm.

Phân bố cường độ bức xạ đơn sác E0() của mặt trời được xác định theo định luật Planck, có dạng:

Hình 2.4. Phân bố E0() của mặt trờiDiện tích phía dưới đường cong sẽ mô tả cường độ bức xạ toàn phần E0 của Mặt trời. Phần công suất mang tia sáng (AS) thấy được là:

EAS = ${\int }_{\mathrm{0,4}\text{.}{\text{10}}^{-6}}^{\mathrm{0,8}\text{.}{\text{10}}^{-6}}{E}_{\mathrm{0\lambda }}(\lambda )\mathrm{d\lambda }=\mathrm{0,5}{\int }_0^{\infty }{E}_{\mathrm{0\lambda }}(\lambda )\mathrm{d\lambda }=\mathrm{0,5}{E}_0$

E0 đạt cưc trị tại m = 2,98.10-3/T0 = 0,5m và

E0max = E0(m,T0) = 8,3.1013 W/m3

Cường độ bức xạ toàn phần: E0 = 0.T04 = 6,25.107 W/m2

Công suất bức xạ toàn phần của Mặt trời:

Q0 = E0.F = .D2.0.T04 = 3,8.1026W.

Công suất này bằng 4.1013 lần tổng công suất điện toàn thế giới hiện nay, vào khoảg P = 1013W.

Phương pháp tính toán năng lượng bức xạ mặt trời

Cường độ bức xạ mặt trời trên mặt đất chủ yếu phụ thuộc 2 yếu tố: góc nghiêng của các tia sáng đối với mặt phẳng bề mặt tại điểm đã cho và độ dài đường đi của các tia sáng trong khí quyển hay nói chung là phụ thuộc vào độ cao của mặt trời (Góc giữa phương từ điểm quan sát đến mặt trời và mặt phẳng nằm ngang đi qua điểm đó). Yếu tố cơ bản xác định cường độ của bức xạ mặt trời ở một điểm nào đó trên trái đất là quãng đường nó đi qua. Sự mất mát năng lượng trên quãng đường đó gắn liền với sự tán xạ, hấp thụ bức xạ và phụ thuộc vào thời gian trong ngày, mùa, vị trí địa lý.

Quan hệ giữa bức xạ mặt trời ngoài khí quyển và thời gian trong năm có thể xác định theo phương trình sau:

Eng = Eo(1+0, 033cos $\frac{\text{360}n}{\text{365}}$ ), W/m2

trong đó, Eng là bức xạ ngoài khí quyển được đo trên mặt phẳng vuông góc với tia bức xạ vào ngày thứ n trong năm.

Tính toán góc tới của bức xạ trực xạ

Trong quá trình tính toán cần định nghĩa một số khái niệm như sau:

- Hệ số khối không khí: m, là tỷ số giữa khối lượng khí quyển theo phương tia bức xạ truyền qua và khối lượng khí quyển theo phương thẳng đứng (tức là khi mặt trời ở thiên đỉnh). Như vậy m =1 khi mặt trời ở thiên đỉnh, m =2 khi góc thiên đỉnh z là 600. Đối với các góc thiên đỉnh từ 0-700 có thể xác định gần đúng m =1/cosz. Còn đối với các góc z>700 thì độ cong của bề mặt trái đất phải được đưa vào tính toán. Riêng đối với trường hợp tính toán bức xạ mặt trời ngoài khí quyển m =0.

- Trực xạ: là bức xạ mặt trời nhận được khi không bị bầu khí quyển phát tán. Đây là dòng bức xạ có hướng và có thể thu được ở các bộ thu kiểu tập trung (hội tụ).